电力工程

片串接）。
棒式绝缘子：棒式绝缘子多兼作瓷横担使用，在110kV及以 下线路应用比较广泛。
2．电缆线路 电缆的结构：包括导体、绝缘层和保护包皮三部分。 导体：由多股铜绞线或铝绞线制成。 分为单芯、三芯和四芯等 种类。单芯电缆的导体截面是
圆形的；三芯或四芯电缆的导
体截面除圆形外，更多是采用 扇形，如图3-12所示。
电力工程基础
第3章 电力网
2013-7-29
河北科技大学电气信息学院
1
第3章 电力网
3.1 电力网的接线方式 3.2 电力系统元件参数和等效电路
3.3 电力网的电压计算
3.4 输电线路导线截面的选择
3.1 电力网的接线方式
一、概述
按布臵方式分：放射式、干线式、链式、环式及两端供电式 按对供电可靠性的要求分：无备用接线和有备用接线 1．无备用接线方式（开式电力网）
5．电晕条件：高压输电线路产生电晕时，不仅会引起电晕损 电晕现象：在架空线路带有高电压的情况下，当导线表面的 耗，而且还产生噪声和无线电干扰，为了避免电晕的发生，导 电场强度超过空气的击穿强度时，导线周围的空气被电离而 线的外径不能过小。 产生局部放电的现象。 根据设计经验，导线截面选择的原则如下： 对区域电力网：先按经济电流密度按选择导线截面，然后
4．均匀分布负荷的三相线路电压损失计算
图3-21
具有均匀分布负荷的电力网
∴
U Pr1 L ( L0 ) UN 2
上式说明：计算均匀分布负荷线路的电压损失时，可以用一 个与均匀分布的总负荷相等，位于均匀分布负荷中点的集中 负荷等值代替。
3.4 输电线路导线截面的选择
一、导线截面选择的基本原则
二、放射式接线
由地区变电所或企业总降压变电所6～10kV母线直接向用
户变电所供电，沿线不接其他负荷，各用户变电所之间也无 联系，如图3-3所示。
图3-3 放射式接线
优点：结构简单、操作维护方便、保护装臵简单，便于实现自动化。 缺点：供电可靠性较差，只能用于三级负荷和部分次要的二级负荷。
为了提高供电的可靠性，可采用来自两个电源的双回路 放射式接线，如图3-4所示。
图3-12 扇形三芯电缆 1—导体 2—纸绝缘 3—铅包皮 4—麻衬 5—钢带铠甲 6—麻被
绝缘层：用来使导体与导体之间、导体与保护包皮之间保
持绝缘。绝缘材料一般有油浸纸、橡胶、聚乙烯、交联聚
氯乙烯等。 保护包皮：用来保护绝缘层，使其在运输、敷设及运行过
程中免不受机械损伤，并防止水分浸入和绝缘油外渗。常
图3-5 干线式接线
a)直接连接干线式 b)串联型干线式
串联型干线式（如图3-5b所示）
特点：干线的进出侧均安装了隔离开关，当发生故障时，可 在找到故障点后，拉开相应的隔离开关继续供电，从而缩小停 电范围，使供电可靠性有所提高。
为了提高供电的可靠 性，可采用双干线式或
两端供电干线式。
四、环式接线
图3-4 双回路放射式接线
优点：供电可靠性高，任一回路、任一电源发生故障都能保证不间断供 电，适用于一类负荷。 缺点：从电源到负载都是双套设备，互为备用，投资大，且维护困难。
三、干线式接线
直接连接干线式（如图3-5a所示）
优点：线路敷设简单，变电所出线回路数少，高压配电装臵和 线路投资较小，比较经济。 缺点：供电可靠性差，当干线发生故障或检修时，所有用户都 将停电。适用于分支数目不多、变压器容量也不过大的三级负荷。
普通环式：把两路串联型干 线式线路联络起来，如图3-8 所示。
图3-6 双回路干线式接线方式
图3-7 两端供电干线式接线方式
有两种运行方式： 开环运行：正常运行时环形 线路在某点断开。
开环点位臵的选择：应使正常 配电时开环点的电压差为最小
闭环运行：正常运行时环形 线路没有断开点。
3-8 普通环式接线
1）1WL、2WL导线型号均LJ—70 2）1WL为LJ—95，2WL为LJ—50 解：（1）1WL、2WL导线型号均LJ—70时的电压损失
1WL的损失：
2WL的损失：
总电压损失：
3．均匀无感线路电压损失计算 对于全线导线型号一致且可不计线路感抗或负荷 cos 1 的线路,其电压损失百分数可表示为
n
r1 U % 2 10U N
pL
i 1 i
i

pL
i 1 i
n
i
2 10AU N
M
CA
式中, γ为导线的电导率；A为导线的截面； M pi Li Pi li 为线路的所有功率矩（或叫负荷矩）之和；C为计算系数，与
线路电压、接线方式及导线材料有关，可查表3-1。
绝缘子和金具：绝缘子用来使导线与杆塔之间保持足够的绝 缘距离；金具是用来连接导线和绝缘子的金属部件的总称。
常用的绝缘子主要有针式、悬式和棒式三种。 针式绝缘子：用于35kV及以下线路上，用在直线杆塔或小
转角杆塔上。
悬式绝缘子：用于35kV以上的高压线路上，通常组装成绝 缘子串使用（35kV为3片串接；60kV为5片串接；110kV为7
导线在杆塔上的排列方式： 三相四线制低压线路的导线，一般都采用水平排列； 三相三线制的导线，可三角排列，也可水平排列； 多回路导线同杆架设时，可三角、水平混合排列，也可全 部垂直排列； 电压不同的线路同杆架设时，电压较高的线路应架设在上
面，电压较低的线路应架设在下面；
架空导线和其他线路交叉跨越时，电力线路应在上面，通 讯线路应在下面。
l3段： P3 p3
Q3 q3
P1r1 Q1 x1 l1段： U 1 UN
各线干段的电压损失为:
P2 r2 Q2 x2 l2段： U 2 UN
P3 r3 Q3 x3 l3段： U 3 UN
n段干线的总电压损失为各段干线的电压损失之和，即
Pi ri Qi x i U U i UN i 1 i 1
受到机械损坏，一般多采用穿钢管的敷设方式。
3.3 电力网的电压计算
一、概述
电压降落：是指线路首末端电压的相量差，即
电压损失：是指线路首末端电压的代数差，即
U U1 U 2
通常以线路额定电压的百 分数表示，即
U % U1 U 2 100 UN
图3-18 线路的电压降落和电压损失相量图
二、地方电力网的电压损失计算
1．放射形线路电压损失计算
设线路首末端相电压分别为U 1 和 U 2 ，负荷电流为I ，负 荷的功率因数为 cos 2 ，则
U1 U 2 U U 2 IR jIX
图3-19 放射式线路电压损失相量图 b）电压损失相量图 a）放射式线路简化电路图
低压配电系统也有放射式、干线式、环式等接线方式。
3.2 电力线路的结构
1．架空线路 架空线路主要由导 线、避雷线（即架空地 线）、杆塔、绝缘子和 金具等部件组成，如图 3-10所示。
图3-10 架空线路的结构
导线和避雷线：导线的作用是传导电流、输送电能；避雷线 的作用是将雷电流引入大地，以保护电力线路免遭雷击。
n n
若将各线干段的负荷用各支线负荷表示，则上式可写成：
U
i 1
n
p i Ri qi X i UN
电压损失的百分数为
U 1 U % 100 3 2 U N 10 10U N
或
(P r
i 1
n
i i
Qi xi )
1 U % 2 10U N
( p R
用的包皮有铝包皮和铅包皮。此外，在电缆的最外层还包 有钢带铠甲，以防止电缆受外界的机械损伤和化学腐蚀。 00
电缆的敷设方式：
直接埋入土中：埋设深度一般为0.7～0.8m，应在冻土层
以下。当多条电缆并列敷设时，应留有一定距离，以利于
散热。 电缆沟敷设：当电缆条数较多时，宜采用电缆沟敷设，电 缆臵于电缆沟的支架上，沟面用水泥板覆盖。 穿管敷设：当电力电缆在室内明敷或暗敷时，为了防电缆
导线材料：要求电阻率小、机械强度大、质量轻、不易腐 蚀、价格便宜、运行费用低等，常用材料有铜、铝和钢。
导线的结构型式：导线分为裸导线和绝缘导线两大类，高 压线路一般用裸导线，低压线路一般用绝缘导线。 架空线路采用的导线结构型式主要有单股、多股绞线和 钢芯铝绞线三种，如图3-11所示。
图3-11 裸导线的构造 a）单股线 b）多股绞线 c）钢芯铝绞线
档距：同一线路上相邻两根电杆之间的水平距离称为架空
线路的档距（或跨距）。 弧垂：导线悬挂在杆塔的绝缘子上，自悬挂点至导线最低 点的垂直距离称为弧垂。 线间距离：380V为0.4～0.6m；6～10kV为0.8～1m；35kV 为2～3.5m；110kV 为3～4.5m。 横担：电杆上用来安装绝缘子。常用的有木横担、铁横担 和瓷横担三种。 横担的长度取决于线路电压等级的高低、档距的大小、安 装方式和使用地点等。
1．发热条件：导线在通过正常最大负荷电流（计算电流）时 产生的发热温度不超过其正常运行时的最高允许温度。 导线或电缆在通过正常最大负荷电流时产 2．电压损失条件： 生的电压损失应小于电压损失，以保证供电质量。 3．机械强度条件：在正常工作条件下，导线应有足够的机械 强度以防止断线，故要求导线截面不应小于最小允许截面。 4 ．经济条件：选择导线截面时，即要降低线路的电能损耗和 维修费等年运行费用，又要尽可能减少线路投资和有色金属消 耗量，通常可按国家规定的经济电流密度选择导线截面。
图3-20 树干式线路电压损失计算图
各负荷到电源之间的干线长度、电阻和电抗——分别用L、 R和X表示。 若忽略各段线路的功率损耗，则每段干线的功率可用各 支线的负荷功率表示，即
l1段： P p1 p 2 p3 1
Q1 q1 q 2 q3